JPWO2011045974A1 - Implantable flow sensor - Google Patents

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Abstract

ヒータを形成したフレキシブル基材を、媒体が流れる生体内の管状器官に沿うように配置された配管内に実装し、実装されたフレキシブル基材のヒータから発生する熱量が媒体に伝達される状態を検出することで、生体内の管状器官内を流れる媒体の流量を測定する流量センサである。その流量センサにおいて、フレキシブル基材上に二つ以上形成されたヒータのそれぞれが、同一条件において同一の加熱性能を有した対称構造をなし、かつ、各ヒータに生体外部から電力を供給する線状部材が、同一条件において同一の加熱性能を有する対称構造をなすことで、配管内のヒータ及び線状部材による熱分布が対称となるように構成する。また、複数の線状部材は、管状器官内から生体外部へ交差するように突出している。A state in which the flexible base material on which the heater is formed is mounted in a pipe arranged along a tubular organ in the living body through which the medium flows, and the amount of heat generated from the heater of the mounted flexible base material is transmitted to the medium. It is a flow rate sensor that measures the flow rate of a medium flowing through a tubular organ in a living body by detecting the flow rate. In the flow sensor, each of the two or more heaters formed on the flexible base has a symmetrical structure having the same heating performance under the same conditions, and the linear shape supplies power to each heater from outside the living body. The members have a symmetrical structure having the same heating performance under the same conditions, so that the heat distribution by the heater and the linear member in the pipe is symmetric. Further, the plurality of linear members protrude from the tubular organ so as to intersect the outside of the living body.

Description

本発明は、生体の管状器官内を流れる気体、液体等の媒体の流量を検出することができる生体埋め込み型流量センサに関する。   The present invention relates to a biological implantable flow sensor capable of detecting the flow rate of a medium such as gas or liquid flowing in a tubular organ of a living body.

従来、フレキシブル基材にヒータを形成し、このフレキシブル基材を管内壁形状に沿うように管内壁に実装するような構造の流量センサがある。この流量センサは、厚さ数ミクロンのフィルム上にセンサを作製し、これを流速が最も小さくなる配管の内壁面に実装しているため、センサ設置に伴う流体抵抗の増加を極限まで低減できるという特徴がある(例えば、特許文献1参照)。また、上記流量センサを熱収縮チューブにより小型化する技術もある(例えば、特許文献2参照)。
特開2007−127538号公報 特開2009−168480号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a flow sensor having a structure in which a heater is formed on a flexible base material and the flexible base material is mounted on a pipe inner wall so as to follow the pipe inner wall shape. This flow sensor is manufactured on a film with a thickness of several microns and is mounted on the inner wall surface of the pipe where the flow velocity is the smallest, so the increase in fluid resistance associated with the sensor installation can be reduced to the limit. There is a feature (see, for example, Patent Document 1). There is also a technique for downsizing the flow sensor with a heat shrinkable tube (see, for example, Patent Document 2).
JP 2007-127538 A JP 2009-168480 A

ところが、特許文献1および特許文献2で述べられている流量センサは、カテーテル構造に流量センサを組み込む形態になっており、流量センサを生体の管状器官に埋め込んで管状器官内の媒体の流量を計測すること、例えば、動物実験用のラットなどの気道に埋め込むことはできない。また、従来のカテーテル構造の流量センサでは、配管内の流体の流れ方向に沿って、センサへの電気的配線が伸びているために、配管内の流体の流れの向きにより、流量に対するセンサ出力特性(上流側から流れる場合の出力値と、下流側から流れる場合の出力値)が異なってしまい、呼気吸気などの往復流を正確に計測できないという問題がある。   However, the flow sensors described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are configured to incorporate a flow sensor into a catheter structure, and measure the flow rate of a medium in the tubular organ by embedding the flow sensor in a tubular organ of a living body. For example, it cannot be implanted in the respiratory tract of a rat for animal experiments. Further, in the conventional flow rate sensor of the catheter structure, since the electrical wiring to the sensor extends along the fluid flow direction in the pipe, the sensor output characteristic with respect to the flow rate depends on the direction of the fluid flow in the pipe. There is a problem that the output value when flowing from the upstream side and the output value when flowing from the downstream side are different, and the reciprocating flow such as exhaled breath cannot be measured accurately.

以下にその態様を詳細に述べる。特許文献1では、「ヒータへの電極取出しは、ヒータが形成されたフレキシブル基板の一部を、内部に流体が流れる配管の端部にて管外に折り曲げて行われる」と記載されており、また、願書の添付図面の記載によれば、「ヒータに連結する薄膜配線はヒータと同様にフレキシブル基板上に形成され、かつ、配線は配管の一方向から取り出す構造」になっている。   The embodiment will be described in detail below. In Patent Document 1, it is described that “extraction of the electrode to the heater is performed by bending a part of the flexible board on which the heater is formed, outside the pipe at the end of the pipe through which the fluid flows”. Further, according to the description of the accompanying drawings of the application, “the thin film wiring connected to the heater is formed on the flexible substrate like the heater and the wiring is taken out from one direction of the piping”.

このことから、特許文献1では、「ヒータへの電力供給は、先ず管内にて配管の一方向から薄膜配線で取り出され、最終的に配管端部にて管外に折り曲げられて外部に接続する構成である」ので、配管内の流体の流れが上流側から流れる場合と下流側から流れる場合とで、センサ出力特性が異なるという現象が生じている。   For this reason, in Patent Document 1, “the power supply to the heater is first taken out from one direction of the pipe by thin film wiring in the pipe, and finally bent at the pipe end and connected to the outside. Because of the “configuration,” there is a phenomenon that the sensor output characteristics differ between when the fluid in the pipe flows from the upstream side and when flowing from the downstream side.

特許文献2も基本的には、上記特許文献1と同様に、「ヒータへの電力供給をする薄膜配線は配管内部にて管の一方向から取り出される構造」になっているので、同様の現象が生じている。   Since Patent Document 2 basically has the same structure as Patent Document 1, “the thin-film wiring for supplying power to the heater is taken out from one direction of the pipe inside the pipe”. Has occurred.

このような「ヒータへ電力を供給する配線が配管内で、かつ、配管の一方向から薄膜配線で取り出す構造になっている場合に、配管内の媒体の往復流を正確に計測できない」の理由を詳細に検討したところ、以下のように考察することができた。   Reason for this reason: “When the wiring that supplies power to the heater is in the pipe and is structured to take out the thin film wiring from one direction of the pipe, the reciprocating flow of the medium in the pipe cannot be measured accurately” As a result of detailed examination, it was possible to consider as follows.

すなわち、ヒータへ電力を供給する薄膜配線も電気的抵抗値を有しているために、わずかではあるが薄膜配線部は、発熱体と同様の機能を果たす。従って、上記のようにヒータに対して、薄膜配線を配管内の流体の流れ方向から取り出すと、薄膜配線も発熱体になるため、ヒータ上での熱分布が非対称となり、その結果、配管を流れる流体の方向によりセンサの出力特性が変化する。   That is, since the thin film wiring for supplying electric power to the heater also has an electrical resistance value, the thin film wiring portion performs a function similar to that of the heating element although it is slight. Therefore, when the thin film wiring is taken out from the flow direction of the fluid in the pipe as described above with respect to the heater, the thin film wiring also becomes a heating element, so that the heat distribution on the heater becomes asymmetric, and as a result, flows through the pipe. The output characteristics of the sensor change depending on the direction of the fluid.

その結果、一方向の流れに対してのみ流量計測するのであれば何ら問題は生じないが、呼気吸気などの往復流計測に適用すると、流体の流れの方向によりセンサ出力値が異なり、流体の流量を正確に計測できないという課題が生じていたのである。   As a result, there is no problem if the flow rate is measured only in one direction of flow, but when applied to reciprocating flow measurement such as exhalation, the sensor output value differs depending on the direction of fluid flow, and the flow rate of fluid There was a problem that it was not possible to measure accurately.

本発明は、上記課題を解決するもので、生体の管状器官に埋め込んで管状器官内の媒体の流量計測を正確に行うことができる生体埋め込み型流量センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a living body implantable flow sensor that can be embedded in a living tubular organ and can accurately measure the flow rate of a medium in the tubular organ.

上記目的を達成するためになされた本発明の第1局面の生体埋め込み型流量センサは、ヒータを形成したフレキシブル基材を、媒体が流れる生体内の管状器官に沿うように配置された配管内に実装し、実装されたフレキシブル基材の前記ヒータから発生する熱量が前記媒体に伝達される状態を検出することで、生体内の管状器官内を流れる媒体の流量を測定する流量センサであって、
前記フレキシブル基材上に二つ以上形成されたヒータのそれぞれが、同一条件において同一の加熱性能を有した対称構造をなし、かつ、前記各ヒータに前記生体外部から電力を供給する線状部材は、同一条件において同一の加熱性能を有する対称構造をなすことで、前記配管内のヒータ及び線状部材による熱分布が対称となるように構成し、
前記複数の線状部材は、前記管状器官内から前記生体外部へ交差するように突出していることを特徴とする。
The living body implantable flow sensor of the first aspect of the present invention, which has been made to achieve the above object, has a flexible base material in which a heater is formed in a pipe arranged along a tubular organ in a living body through which a medium flows. A flow rate sensor that measures the flow rate of a medium flowing in a tubular organ in a living body by detecting a state in which the amount of heat generated from the heater of the mounted flexible base material is transmitted to the medium,
Each of the two or more heaters formed on the flexible substrate has a symmetrical structure having the same heating performance under the same conditions, and a linear member that supplies power to the heaters from the outside of the living body. By configuring a symmetrical structure having the same heating performance under the same conditions, the heat distribution by the heater and the linear member in the pipe is configured to be symmetric,
The plurality of linear members protrude from the tubular organ so as to intersect the outside of the living body.

上記した構成では、流量計測のためのフレキシブル基材上に二つ以上形成されたヒータが同一条件において同一の加熱性能を有した対称構造をなし、かつ、各ヒータに前記生体外部から電力を供給する線状部材が、同一条件において同一の加熱性能を有した対称構造をなすことで、前記配管内のヒータ及び線状部材による熱分布が対称となるように構成されているため、配管内の媒体の流れの向きに寄らずに、配管内を流れる媒体の流量に対するセンサ出力特性を同じにすることができ、その結果、呼気吸気などの往復流を正確に計測できる。また、フレキシブル基材を生体内の管状器官の内壁形状に沿うように生体内の管状器官の内壁に実装した場合、センサ設置に伴う流体抵抗を極限まで低減できる。   In the above configuration, two or more heaters formed on the flexible base material for flow rate measurement have a symmetrical structure with the same heating performance under the same conditions, and power is supplied to each heater from outside the living body. Since the linear member is configured to have a symmetrical structure having the same heating performance under the same conditions, the heat distribution by the heater and the linear member in the pipe is configured to be symmetrical. Regardless of the direction of the flow of the medium, the sensor output characteristics with respect to the flow rate of the medium flowing in the pipe can be made the same, and as a result, the reciprocating flow such as exhaled breath can be accurately measured. In addition, when the flexible base material is mounted on the inner wall of the tubular organ in the living body so as to follow the shape of the inner wall of the tubular organ in the living body, the fluid resistance accompanying the installation of the sensor can be reduced to the limit.

また、「複数のヒータが、同一条件において同一の加熱性能を有する」とは、例えば、複数のヒータが同じ材料で形成されている場合には、同一の大きさ及び形状をしている場合であり、材料が異なれば同一の大きさや形状でない場合も含まれる。また、「線状部材が同一条件において同一の加熱性能を有する」構造とは、上記ヒ―タの構造と同様の内容を意味する。   In addition, “a plurality of heaters have the same heating performance under the same conditions” means, for example, when a plurality of heaters are formed of the same material and have the same size and shape. Yes, if the materials are different, the same size or shape may be included. In addition, the structure “the linear member has the same heating performance under the same conditions” means the same content as the structure of the heater.

そして、複数の線状部材は、前記管状器官内から前記生体外部へ交差するように突出しているので、複数の線状部材を介してフレキシブル基板上のヒータに生体外部から電力を供給することできる。それにより、例えば、人間や動物などの生体内の管状器官に埋め込んでも、センサ部分に外部からセンサへの信号のやり取りが可能である。なお、生体内の管状器官としては、媒体として空気が流れる気道以外に、媒体として液体が流れる血管や尿管あるいは固形流動物が流れる腸管などが考えられる。   Since the plurality of linear members protrude from the tubular organ so as to intersect the outside of the living body, power can be supplied from the outside of the living body to the heater on the flexible substrate via the plurality of linear members. . Thereby, for example, even if it is embedded in a tubular organ in a living body such as a human being or an animal, signals can be exchanged from the outside to the sensor in the sensor portion. In addition, as a tubular organ in a living body, in addition to an airway through which air flows as a medium, a blood vessel through which a liquid flows as a medium, a ureter, or an intestinal tract through which a solid fluid flows can be considered.

ところで、線状部材に対して外部から電源を供給するには、種々の方法が考えられるが、複数の線状部材に対して外部から有線又は無線で電源を供給するため、線状部材は生体内の管状器官を貫通して前記生体の外部へ突出するように構成されるとよい。   By the way, various methods are conceivable for supplying power to the linear member from the outside. However, since the power is supplied from the outside to the plurality of linear members by wire or wirelessly, the linear member is not generated. It is good to be comprised so that it may penetrate the tubular organ in a body and the exterior of the said biological body.

このようにすると、外部から電源供給を行うことができるので、電池の容量に制限されず、長時間に亘る生体内の管状器官内の媒体の流量を計測することができる。
なお、「有線で電源を供給する線状部材」とは、例えば、生体に可能な限り悪影響を与えないように被覆された銅線やアルミ線などの電源配線を意味しており、「無線で電源を供給する線状部材」とは、例えば、線状やループ状の空中線(アンテナ)を意味している。
In this way, since power can be supplied from the outside, the flow rate of the medium in the tubular organ in the living body over a long period of time can be measured without being limited by the capacity of the battery.
Note that the “wire member that supplies power by wire” means, for example, a power wire such as a copper wire or an aluminum wire that is coated so as not to adversely affect the living body as much as possible. The “linear member for supplying power” means, for example, a linear or loop antenna (antenna).

また、生体は、手足や口、あるいは尾といった作動部位を有しているため、管状器官内の媒体の流量検出の際、線状部材がそれら作動部位によって破壊される可能性がある。そこで、本発明の第2局面のように、前記線状部材のうち生体外部へ突出した部分は、前記生体の作動部位が接触しにくい位置にあるのが望ましい。   In addition, since the living body has working parts such as limbs, mouths, and tails, the linear member may be destroyed by the working parts when detecting the flow rate of the medium in the tubular organ. Therefore, as in the second aspect of the present invention, it is desirable that the portion of the linear member that protrudes to the outside of the living body is in a position where the operating part of the living body is difficult to contact.

更には、線状部材のうち生体外部へ突出した部分が生体の作動部位によって破壊されない位置であるようにすると、管状器官内の媒体の流量計測中に、生体の作動部位によって線状部材が破壊されないので、都合がよい。   Furthermore, if the portion of the linear member that protrudes outside the living body is positioned so as not to be broken by the living body working site, the linear member is broken by the living body working site during the flow measurement of the medium in the tubular organ. This is convenient.

さらに、本発明の第3局面のように、生体埋め込み形流量センサが設置される位置が、動物の気管であり、前記線状部材に接続された電気配線部材が、前記動物の背部から動物の外部に取り出される。   Further, as in the third aspect of the present invention, the position where the biological implantable flow sensor is installed is an animal trachea, and the electrical wiring member connected to the linear member is connected to the animal from the back. Take out to the outside.

このように生体埋め込み形流量センサが設置される位置が気管である場合、線状部材が前記気管から突き出るように外部に取り出され、前記線状部材に接続された電気配線部材は、前記生体の背部まで引き回された後に、前記背部から動物の外部に取り出されるのが好ましい。   When the living body implantable flow sensor is installed in the trachea in this way, the linear member is taken out so as to protrude from the trachea, and the electrical wiring member connected to the linear member is After being drawn to the back, it is preferably taken out of the animal from the back.

本実施形態の埋め込み型小型流量センサの使用概念を示す図である。It is a figure which shows the usage concept of the embedding type small flow sensor of this embodiment. 本実施形態の具現化した埋め込み型小型流量センサの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the embedding type small flow sensor which embodied this embodiment. 本実施形態の埋め込み型小型流量センサに用いられているフィルム基板の薄膜配線とワイヤー状電気配線との接続方法を示す図である。It is a figure which shows the connection method of the thin film wiring of a film substrate used for the embedding type small flow sensor of this embodiment, and a wire-like electric wiring. 本実施形態のフィルム状流量センサの写真を示す図である。It is a figure which shows the photograph of the film-form flow sensor of this embodiment. 本実施形態の埋め込み型小型流量センサを埋め込みが可能な外径数ミリメートル以下に小型化する手法を示す図である。It is a figure which shows the method of reducing in size the outer diameter of several millimeters or less which can embed the embedding type small flow sensor of this embodiment. 本実施形態の埋め込み型小型流量センサの実装の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of mounting of the embedding type small flow sensor of this embodiment. 本実施形態の流量センサの入力電力と検出流量との関係例を示す図である。It is a figure which shows the example of a relationship between the input electric power of the flow sensor of this embodiment, and a detected flow volume. 比較例として従来タイプの流量センサ(従来センサ)における電気的配線取出し構造の場合における、ヒータ上での温度分布と、流量とセンサ出力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature distribution on a heater, the flow volume, and a sensor output in the case of the electrical wiring taking-out structure in the conventional type flow sensor (conventional sensor) as a comparative example. 本実施形態の流量センサにおける電気的配線取出し構造の場合における、ヒータ上での温度分布と、流量とセンサ出力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature distribution on a heater, the flow volume, and a sensor output in the case of the electrical wiring extraction structure in the flow sensor of this embodiment. 本実施形態の埋め込み型小型流量センサを実験動物であるラットに埋め込んだときの実装の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of mounting when the implantable small flow sensor of this embodiment is embedded in the rat which is an experimental animal. 本実施形態の埋め込み型小型流量センサをラットの気道に埋め込んだ後、流量センサで、直接、ラット活動時の気道での呼気吸気特性を評価したときの結果を示す図である。It is a figure which shows the result when the exhalation inhalation characteristic in the airway at the time of rat activity is directly evaluated with the flow sensor after the implantable small flow sensor of this embodiment is embedded in the airway of the rat.

1…実験用動物、2…気道(管状器官)、3…埋め込み型小型流量センサ、4…ワイヤー状電気配線(電気配線部材)、5…フィルム状フレキシブル電気配線、10…フィルム状流量センサ、11…フィルム基板、12…ヒータ、13…薄膜配線(線状部材)、15…異方性導電フィルム、20…熱絶縁用空洞構造、21…流路、30…配管、40…位置合わせ用冶具、41…溝、42…樹脂フィルム、50…熱収縮チューブ、51…配線取り出し用スリット。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laboratory animal, 2 ... Airway (tubular organ), 3 ... Implantable small flow sensor, 4 ... Wire-like electric wiring (electric wiring member), 5 ... Film-like flexible electric wiring, 10 ... Film-like flow sensor, 11 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Film substrate, 12 ... Heater, 13 ... Thin film wiring (linear member), 15 ... Anisotropic conductive film, 20 ... Thermal insulation cavity structure, 21 ... Flow path, 30 ... Piping, 40 ... Alignment jig, 41 ... groove, 42 ... resin film, 50 ... heat-shrinkable tube, 51 ... slit for taking out wiring.

以下、本発明を実施するための最良の形態をより詳細に説明する。
本発明を具体化した実施の形態の埋め込み型小型流量センサの使用概念を図1に示す。ラットおよびマウスなどの実験用動物1の気道2に、埋め込み型小型流量センサ3を埋め込み、実験用動物1の活動時における呼気吸気状態を定量的に埋め込み型小型流量センサ3にて計測評価する。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in more detail.
FIG. 1 shows a usage concept of an embedded small flow sensor according to an embodiment of the present invention. The implantable small flow sensor 3 is implanted in the airway 2 of the experimental animal 1 such as a rat and a mouse, and the expiratory inspiration state during the activity of the experimental animal 1 is quantitatively measured and evaluated by the implantable small flow sensor 3.

埋め込み型小型流量センサ3と外部との電気的な信号のやり取りは、埋め込み型小型流量センサ3に接続したワイヤー状電気配線4を用い、このワイヤー状電気配線4を実験用動物の皮膚下で、背の部分まで回し、背にて外部に取り出す。   The exchange of electrical signals between the implantable small flow sensor 3 and the outside uses a wire-like electrical wiring 4 connected to the implantable compact flow sensor 3, and this wire-like electrical wiring 4 is under the skin of an experimental animal. Turn to the back and take out to the outside.

これにより、実験用動物1が活動時における呼気吸気状態を計測評価する際に、動物の手・足や口、あるいは尾等の作動部位でもってワイヤー状電気配線4を引っ掻くのを防止するので、ワイヤー状電気配線4は動物の手等の作動部位でもって破壊されない。   This prevents the experimental animal 1 from scratching the wire-like electrical wiring 4 with the working part of the animal's hand, foot, mouth or tail when measuring and evaluating the state of exhaled breathing during activity. The wire-like electric wiring 4 is not destroyed by the operation site such as an animal hand.

なお、埋め込み型小型流量センサの外径は、適用する実験動物の気道2の大きさに併せて決定するのが望ましい。例えば、マウスの場合、埋め込み型小型流量センサの外径は、1.5mmから1.8mm程度で、ラットの場合は1.8mmから2.0mm程度が望ましい。   It should be noted that the outer diameter of the implantable small flow sensor is preferably determined in accordance with the size of the airway 2 of the experimental animal to be applied. For example, in the case of a mouse, the outer diameter of the implantable small flow sensor is preferably about 1.5 mm to 1.8 mm, and in the case of a rat, it is preferably about 1.8 mm to 2.0 mm.

次に、本発明を具現化した実施の形態の埋め込み型小型流量センサの構造を図2に示す。
埋め込み型小型流量センサ3は、配管内壁に沿うように配置したフィルム状流量センサ10と熱絶縁用空洞構造20と流路21と配管30とからなる。フィルム状流量センサ10は、フィルム基板11上にヒータ12と、ヒータに電力を供給する薄膜配線13とからなる。フィルム基板11は配管30の内壁に沿うように配置されており、これにより配管30内にセンサ10の設置に伴う、配管30内の流路21を流れる流体の流れの乱れを極限まで低減している。
Next, FIG. 2 shows the structure of an embedded small flow sensor according to an embodiment of the present invention.
The embedded small flow sensor 3 includes a film-like flow sensor 10, a thermal insulation cavity structure 20, a flow path 21, and a pipe 30 arranged along the inner wall of the pipe. The film-like flow sensor 10 includes a heater 12 on a film substrate 11 and a thin film wiring 13 that supplies electric power to the heater. The film substrate 11 is disposed along the inner wall of the pipe 30, thereby reducing the turbulence of the flow of the fluid flowing through the flow path 21 in the pipe 30 due to the installation of the sensor 10 in the pipe 30 to the utmost. Yes.

また、フィルム基板11上に形成した二組のヒータ12と薄膜配線13は、何れも同一形状であって、同一条件において同一の加熱性能を有した対称構造をなすことで、前記配管30内のヒータ12及び薄膜配線13による熱分布を対称となるように構成している。   Further, the two sets of heaters 12 and the thin film wirings 13 formed on the film substrate 11 are both in the same shape and have a symmetrical structure having the same heating performance under the same conditions. The heat distribution by the heater 12 and the thin film wiring 13 is configured to be symmetric.

更に、薄膜配線13は、管状器官である気道から生体外部へ突出するように配置されている。具体的には、配管30内の流路21を流れる流体の流れに対して、交差(垂直)するように配管30内から外部に取り出されており、流れの向きが反転した場合でも、二組のヒータ12と薄膜配線13とが同一条件で反転した状態になっている。これにより、配管30内の媒体の流れの向きに寄らずに、流量に対するセンサ出力特性が同じになる。   Further, the thin film wiring 13 is arranged so as to protrude from the airway which is a tubular organ to the outside of the living body. Specifically, even if the direction of flow is reversed, the two sets are taken out from the inside of the pipe 30 so as to intersect (perpendicular) with respect to the flow of the fluid flowing through the flow path 21 in the pipe 30. The heater 12 and the thin film wiring 13 are inverted under the same conditions. Thereby, the sensor output characteristic with respect to the flow rate becomes the same without depending on the direction of the medium flow in the pipe 30.

また、フィルム基板11に設けた薄膜配線13の端部には異方性導電フィルム15を用いてワイヤー状電気配線4が接続されている。これにより、埋め込み型小型流量センサ3を動物の気道に埋め込んだ場合でも、皮膚下においてワイヤー状電気配線4を容易に背の部分に引き回すことができ、かつ、背部から取り出した後も、信頼性の高い配線取出しが可能となる。   In addition, a wire-like electrical wiring 4 is connected to an end portion of the thin film wiring 13 provided on the film substrate 11 using an anisotropic conductive film 15. As a result, even when the implantable small flow sensor 3 is embedded in the airway of an animal, the wire-like electrical wiring 4 can be easily routed to the back portion under the skin, and reliability can be obtained even after taking out from the back portion. High wiring extraction is possible.

なお、ワイヤー状電気配線4には、物理的な張力がかかる可能性を考慮して、適用すべき直径を決定することが望ましい。なお、異方性導電フィルム15を介してワイヤー状電気配線4(電気配線部材)に接続されている薄膜配線13が、埋め込み型小型流量センサ3のヒータ12に電力を供給する線状部材として機能している。   In addition, it is desirable to determine the diameter to be applied in consideration of the possibility that physical tension is applied to the wire-like electric wiring 4. In addition, the thin film wiring 13 connected to the wire-shaped electric wiring 4 (electric wiring member) through the anisotropic conductive film 15 functions as a linear member for supplying electric power to the heater 12 of the embedded small flow sensor 3. doing.

埋め込み型小型流量センサ3にはフィルム基板11上に形成したヒータ12の熱絶縁を図るために、ヒータ外周部に熱絶縁用空洞構造20が形成されている。熱絶縁用空洞構造20を形成するために、埋め込み型小型流量センサ3の配管30は樹脂材による二重構造になっている。これにより、ヒータ基板に対する熱絶縁が図られ、一分間に10〜20回の呼吸を計測することが可能となる。   In the embedded small flow sensor 3, in order to insulate the heater 12 formed on the film substrate 11, a heat insulating cavity structure 20 is formed on the outer periphery of the heater. In order to form the thermal insulation cavity structure 20, the pipe 30 of the embedded small flow sensor 3 has a double structure made of a resin material. Thereby, the heat insulation with respect to a heater board | substrate is achieved, and it becomes possible to measure respiration 10-20 times in 1 minute.

また、異方性導電性フィルム15を用いて薄膜配線12とワイヤー状電気配線4とを接続している部分は、更に外側に樹脂材による円筒構造が設けられ、この部分から流体が漏れることなく、ワイヤー状電気配線4のみを外部に取り出す構造になっている。   Further, the portion where the thin film wiring 12 and the wire-like electric wiring 4 are connected using the anisotropic conductive film 15 is further provided with a cylindrical structure made of a resin material on the outer side, and fluid does not leak from this portion. Only the wire-like electric wiring 4 is taken out to the outside.

なお、図2には、二組のヒータを用いて、配管内の流量とその向きを検出する場合を示したが、用途に応じて、一つのヒータと、その両外に検出用のセンサを設けるという方法もある。この場合には、測定できる流量範囲が狭くなるが、その反面、少ない流量において高精度に流量計測できるという特徴がある。   FIG. 2 shows a case where the flow rate in the pipe and the direction thereof are detected using two sets of heaters. However, depending on the application, one heater and a sensor for detection outside are provided. There is also a method of providing. In this case, the measurable flow rate range becomes narrow, but on the other hand, it has a feature that the flow rate can be measured with high accuracy at a small flow rate.

また、図2には円筒状の管を用いた場合を示したが、これ以外の形状の管(例えば、楕円および四角形断面)の場合でも、本センサはフィルム基板11の柔軟性を活かして、管内壁構造に応じて変形させ、内壁に適応させることもできる。従って、管内壁上に設置するセンサ形態も測定したい管の形状に応じて変更することが望ましい。   Moreover, although the case where the cylindrical pipe | tube was used was shown in FIG. 2, even if it is a pipe | tube (for example, ellipse and square cross section) of shapes other than this, this sensor utilizes the flexibility of the film substrate 11, It can be deformed according to the inner wall structure of the tube and adapted to the inner wall. Therefore, it is desirable to change the sensor form installed on the inner wall of the pipe according to the shape of the pipe to be measured.

次に、本実施の形態の埋め込み型小型流量センサに用いられているフィルム基板の薄膜配線とワイヤー状電気配線との接続方法を図3A−3Dに示す。
図3Aにおいて、先ず、位置合わせ用治具40に設けた溝41にワイヤー状電気配線4を挿入し、ワイヤー状電気配線4を固定する。なお、最後の接続工程で、異方性導電性フィルム15が位置合わせ用治具40に密着するのを防止するために、接続箇所のワイヤー状電気配線4の下側には、樹脂フィルム42を設けておく。
Next, FIGS. 3A to 3D show a connection method between the thin film wiring of the film substrate and the wire-like electric wiring used in the embedded small flow sensor of the present embodiment.
3A, first, the wire-like electric wiring 4 is inserted into the groove 41 provided in the positioning jig 40, and the wire-like electric wiring 4 is fixed. In order to prevent the anisotropic conductive film 15 from sticking to the alignment jig 40 in the final connection step, a resin film 42 is provided below the wire-like electrical wiring 4 at the connection location. Keep it.

なお、樹脂フィルム42については、適用先に応じてその材質を決定することが望ましい。また、接続箇所のワイヤー状電気配線4の一部は、異方性導電性フィルム15でフィルム基板11に形成した薄膜配線13と電気的な接続をするために、絶縁被覆が取り除かれている。   In addition, about the resin film 42, it is desirable to determine the material according to an application destination. Further, a part of the wire-like electric wiring 4 at the connection location is removed from the insulating coating in order to make an electrical connection with the thin film wiring 13 formed on the film substrate 11 with the anisotropic conductive film 15.

図3Bにおいて、接続箇所のワイヤー状電気配線4の上に、異方性導電性フィルム15を載せる。
図3Cにおいて、フィルム基板11に設けた薄膜配線13を、薄膜配線13が異方性導電フィルム側になるようにし、かつ、薄膜配線13と接続箇所のワイヤー状電気配線4とが電気的に導通するように位置合わせを行う。最後に、接続箇所を熱圧着により密着させ、薄膜配線13とワイヤー状電気配線4とを、物理的かつ電気的に接続する。なお、フィルム基板11上へのヒータ12と薄膜配線12の作製には、金属薄膜形成技術とホトリソグラフィー技術を用いる。
In FIG. 3B, the anisotropic conductive film 15 is placed on the wire-like electrical wiring 4 at the connection location.
In FIG. 3C, the thin film wiring 13 provided on the film substrate 11 is arranged so that the thin film wiring 13 is on the anisotropic conductive film side, and the thin film wiring 13 and the wire-like electric wiring 4 at the connection location are electrically connected. Align so that Finally, the connection portion is brought into close contact by thermocompression bonding, and the thin film wiring 13 and the wire-like electric wiring 4 are physically and electrically connected. The heater 12 and the thin film wiring 12 on the film substrate 11 are produced using a metal thin film forming technique and a photolithography technique.

図3Dにおいて、上記方法にて作製したフィルム状流量センサ10の概観を示す。
本発明のフィルム状流量センサの写真を図4に示す。図4内の上側にはヒータ部分の拡大写真を、そして下側にはフィルム状流量センサ10の全体の様子を示してある。
FIG. 3D shows an overview of the film flow sensor 10 produced by the above method.
A photograph of the film flow sensor of the present invention is shown in FIG. An enlarged photograph of the heater part is shown on the upper side in FIG.

図4には、厚さ数ミクロンの樹脂フィルム上に、クロム(50ナノメートル)、金(250ナノメートル)でヒータ12と薄膜配線13とを形成した場合を示してある。なお、図4には、二組のヒータを用いて、配管内の流量とその向きを検出する場合を示したが、用途に応じて、一つのヒータと、その両外に検出用のセンサを設けるという方法もある。この場合には、測定できる流量範囲が狭くなるが、その反面、少ない流量において高精度に流量計測できるという特徴がある。   FIG. 4 shows a case where the heater 12 and the thin film wiring 13 are formed of chromium (50 nanometers) and gold (250 nanometers) on a resin film having a thickness of several microns. FIG. 4 shows the case where the flow rate in the pipe and the direction thereof are detected using two sets of heaters. However, one heater and a sensor for detection are provided on both sides according to the application. There is also a method of providing. In this case, the measurable flow rate range becomes narrow, but on the other hand, it has a feature that the flow rate can be measured with high accuracy at a small flow rate.

次に、本実施の形態の埋め込み型小型流量センサを埋め込みが可能な外径数ミリメートル以下に小型化する手法を図5A−5Fに示す。本実施の形態では、熱収縮性樹脂チューブを用いて、フィルム状流量センサ10を配管内壁に実装し、かつ、その大きさを数ミリメートル以下になるように設計している。以下にその詳細を述べる。   Next, FIGS. 5A to 5F show a method of downsizing the embedded small flow sensor according to the present embodiment to an outer diameter of several millimeters or less that can be embedded. In the present embodiment, the heat-shrinkable resin tube is used to mount the film flow sensor 10 on the inner wall of the pipe, and the size is designed to be several millimeters or less. Details are described below.

図5Aにおいて、先ず、フィルム状流量センサ10のヒータ12の両側に熱収縮チューブ50を挿入する。この場合、熱収縮チューブの大きさは、例えば、内径1.27ミリメートルと比較的大きく、フィルム状流量センサ10の両側に熱収縮チューブ50を挿入できる。   In FIG. 5A, first, heat shrinkable tubes 50 are inserted on both sides of the heater 12 of the film flow sensor 10. In this case, the size of the heat-shrinkable tube is relatively large, for example, an inner diameter of 1.27 millimeters, and the heat-shrinkable tube 50 can be inserted on both sides of the film flow sensor 10.

フィルム状流量センサ10の両側に熱収縮チューブ50を挿入したときの断面図を図5Aの右側に示してある。本手法では、挿入時に、フィルム状流量センサ10が配管内壁に沿う必要がなく、単に、フィルム状流量センサ10のヒータ12の両側に熱収縮チューブ50を挿入すればよく、容易な操作になっている。なお、ヒータ12の部分には、熱収縮チューブ50は設けず、結果、この部分が最終的には熱絶縁用の空洞構造20になる。   A cross-sectional view when the heat-shrinkable tube 50 is inserted on both sides of the film flow sensor 10 is shown on the right side of FIG. 5A. In this method, the film flow sensor 10 does not have to be along the inner wall of the pipe at the time of insertion, and the heat shrinkable tubes 50 may be simply inserted on both sides of the heater 12 of the film flow sensor 10, which is an easy operation. Yes. In addition, the heat shrinkable tube 50 is not provided in the portion of the heater 12, and as a result, this portion finally becomes the cavity structure 20 for thermal insulation.

また、フィルム状流量センサ10に設けたワイヤー状電気配線4は熱収縮チューブ50間から外部へ取り出されるようになっている。なお、熱収縮チューブの大きさ及び材質、流量センサの大きさは、適宜、使用条件に応じて決定されることが望ましい。   Moreover, the wire-like electric wiring 4 provided in the film-like flow rate sensor 10 is taken out from between the heat-shrinkable tubes 50 to the outside. In addition, it is desirable that the size and material of the heat-shrinkable tube and the size of the flow rate sensor are appropriately determined according to usage conditions.

図5Bにおいて、フィルム状流量センサ10のヒータ12の両側に設けた熱収縮チューブ50に熱を加え、熱収縮チューブ50を所望の大きさまで収縮させる。このとき、熱収縮チューブ50の収縮に伴い、フィルム状流量センサ10の両端部分は自動的に管内壁に沿うように実装される。   In FIG. 5B, heat is applied to the heat-shrinkable tubes 50 provided on both sides of the heater 12 of the film-like flow rate sensor 10, and the heat-shrinkable tubes 50 are shrunk to a desired size. At this time, as the heat shrinkable tube 50 contracts, both end portions of the film flow sensor 10 are automatically mounted along the inner wall of the tube.

図5Cにおいて、再度、熱収縮チューブ50を用意し、これの中に、先ほどの工程で形成した熱収縮型流量センサチューブを挿入する。本チューブには、先ほどのチューブとは異なり、熱収縮チューブ50の一部に、電気配線を外部に取り出すためのスリット51が設けられている。   In FIG. 5C, the heat shrinkable tube 50 is prepared again, and the heat shrinkable flow rate sensor tube formed in the previous step is inserted therein. Unlike the previous tube, this tube is provided with a slit 51 for taking out the electrical wiring to a part of the heat shrinkable tube 50.

図5Dにおいて、再度、熱を加えて外側の熱収縮チューブ50を縮小させるとともに、内側のチューブに密着させて、熱絶縁用空洞構造20を形成する。また、チューブの収縮過程において、電気配線用フィルム部分を挟んだ状態でスリット51を閉じさせる。   In FIG. 5D, heat is applied again to shrink the outer heat-shrinkable tube 50 and close contact with the inner tube to form the thermal insulation cavity structure 20. Further, in the process of contracting the tube, the slit 51 is closed with the electric wiring film portion interposed therebetween.

図5Eにおいて、異方性導電性フィルム15による薄膜配線12とワイヤー状電気配線4との接続箇所を物理的に保護することを目的として、再度、この接続箇所部分のみを覆うような熱収縮チューブ50を用意し、先ほどの工程で形成した熱収縮型流量センサチューブを挿入する。   In FIG. 5E, for the purpose of physically protecting the connecting portion between the thin film wiring 12 and the wire-like electric wiring 4 by the anisotropic conductive film 15, the heat shrinkable tube that covers only the connecting portion is again covered. 50 is prepared, and the heat shrinkable flow rate sensor tube formed in the previous step is inserted.

図5Fにおいて、再度、熱を加えて配線接続保護用熱収縮チューブを縮小させるとともに、内側のチューブを密着させて、ワイヤー状電気配線4のみが熱収縮型流量センサチューブからむき出しになった構造にする。   In FIG. 5F, heat is applied again to shrink the heat-shrinkable tube for protecting the wiring connection, and the inner tube is brought into close contact so that only the wire-like electric wire 4 is exposed from the heat-shrinkable flow sensor tube. To do.

以上のようなプロセスを用いることで、フレキシブル基板11上に設けた二組のヒータ12及び薄膜配線13が、同一形状で、かつ、薄膜配線13は流路21を流れる流体の流れに対して、垂直に配管内から外部に取り出されており、流れの向きが反転した場合でも、二組のヒータ12と薄膜配線13とが同一条件で反転した状態になる。これにより、流れの向きに寄らず流量に対するセンサ出力特性を同じになり、結果、呼気吸気などの往復流を正確に計測できるようになる。   By using the process as described above, the two sets of heaters 12 and thin film wirings 13 provided on the flexible substrate 11 have the same shape, and the thin film wirings 13 correspond to the flow of fluid flowing through the flow path 21. Even when the flow direction is reversed, the two heaters 12 and the thin film wiring 13 are reversed under the same conditions. As a result, the sensor output characteristics with respect to the flow rate become the same regardless of the flow direction, and as a result, the reciprocating flow such as exhaled breath can be accurately measured.

また、異方性導電フィルム15による薄膜配線12とワイヤー状電気配線4との接続箇所は、熱収縮チューブ50に保護され、かつ、ワイヤー状電気配線4のみが熱収縮型流量センサチューブからむき出しになっており、埋め込み型小型流量センサ3を動物の気道に埋め込んだ場合でも、皮膚下においてワイヤー状電気配線4を容易に背の部分に引き回すことができ、かつ、背部から取り出した後も、機械的負荷に対して信頼性の高い配線取出しが可能となる。   Moreover, the connection location of the thin film wiring 12 and the wire-like electric wiring 4 by the anisotropic conductive film 15 is protected by the heat-shrinkable tube 50, and only the wire-like electric wiring 4 is exposed from the heat-shrinkable flow sensor tube. Even when the implantable small flow sensor 3 is embedded in an animal's respiratory tract, the wire-like electrical wiring 4 can be easily routed to the back part under the skin, and the machine It is possible to take out the wiring with high reliability against the mechanical load.

本発明の埋め込み型小型流量センサの実装の様子を図6に示す。上記にて説明したように、ワイヤー状電気配線4のみが熱収縮型流量センサチューブからむき出しになっており、動物の気道に容易に埋め込みができるようになっている。   FIG. 6 shows how the embedded small flow sensor of the present invention is mounted. As explained above, only the wire-like electrical wiring 4 is exposed from the heat-shrinkable flow sensor tube, so that it can be easily embedded in the animal's airway.

次に、本実施の形態の流量センサの入力電力と検出流量との関係例を図7に示す。ヒータ素子自体を流量センサとして用いる場合の流量に対するセンサブリッジ回路への入力電力を図7に示した。図7に示したように、流量に応じて入力電力が変化しており、これを校正曲線とすることで、本センサでは未知の流量を算出できる。   Next, an example of the relationship between the input power and the detected flow rate of the flow rate sensor of this embodiment is shown in FIG. FIG. 7 shows the input power to the sensor bridge circuit with respect to the flow rate when the heater element itself is used as a flow rate sensor. As shown in FIG. 7, the input power changes according to the flow rate. By using this as a calibration curve, an unknown flow rate can be calculated by this sensor.

ここで、比較例として、従来の形態の流量センサ(従来センサ)における電気的配線取出し構造と、ヒータ周辺の温度分布と、流量とセンサ出力との関係を図8A−8Cに示す。図8Aは、従来センサにおける電気的配線取出し構造を示す図であり、図8Bは、ヒータ周辺の温度分布の概念図と測定結果を示した図であり、図8Cは、流量とセンサ出力との関係を示した図である。   Here, as a comparative example, FIGS. 8A to 8C show the electrical wiring extraction structure in the conventional flow sensor (conventional sensor), the temperature distribution around the heater, and the relationship between the flow rate and the sensor output. FIG. 8A is a diagram showing an electrical wiring extraction structure in a conventional sensor, FIG. 8B is a conceptual diagram of a temperature distribution around the heater and a measurement result, and FIG. 8C is a graph showing the flow rate and sensor output. It is the figure which showed the relationship.

図8Aに示したように、従来の形態では、ヒータ112へ電力を供給する薄膜配線113は配管内部にて管の一方向から取り出された構造になっているので、薄膜配線113も発熱体になるために、図8Bに示したように、ヒータ上での熱分布が非対称となる。   As shown in FIG. 8A, in the conventional form, the thin film wiring 113 for supplying power to the heater 112 has a structure taken out from one direction of the pipe inside the pipe. Therefore, as shown in FIG. 8B, the heat distribution on the heater is asymmetric.

その結果、図8Cに示したように、配管内を流れる流体の向きにより、センサの出力値が異なってしまうという現象が起きていた。これは、ヒータ112へ電力を供給する薄膜配線113は電気的抵抗値を有しているために、わずかではあるが薄膜配線113も発熱体になり、上記のようにヒータ112に対して、薄膜配線113を配管内の流体の流れ方向から取り出すと、薄膜配線113の発熱により、ヒータ112上での熱分布が非対称となり、その結果、配管を流れる流体の方向によりセンサの出力特性が変化するからである。   As a result, as shown in FIG. 8C, a phenomenon has occurred in which the output value of the sensor varies depending on the direction of the fluid flowing in the pipe. This is because, since the thin film wiring 113 that supplies power to the heater 112 has an electrical resistance value, the thin film wiring 113 also becomes a heating element to a slight extent. If the wiring 113 is taken out from the flow direction of the fluid in the pipe, the heat distribution on the heater 112 becomes asymmetric due to heat generation of the thin film wiring 113, and as a result, the output characteristics of the sensor change depending on the direction of the fluid flowing through the pipe. It is.

それに対し、本実施形態の流量センサは上記課題を克服した薄膜配線の構造になっている。本実施形態の流量センサにおける電気的配線取出し構造と、ヒータ周辺の温度分布と、流量とセンサ出力との関係を図9A−9Cに示す。図9Aは、本実施形態における電気的配線取出し構造を示す図であり、図9Bは、ヒータ周辺の温度分布の概念図と測定結果を示した図であり、図9Cは、流量とセンサ出力との関係を示した図である。   On the other hand, the flow sensor of the present embodiment has a thin-film wiring structure that overcomes the above problems. 9A to 9C show the electrical wiring extraction structure in the flow rate sensor of the present embodiment, the temperature distribution around the heater, and the relationship between the flow rate and the sensor output. FIG. 9A is a diagram showing an electrical wiring take-out structure in the present embodiment, FIG. 9B is a conceptual diagram of temperature distribution around the heater and a measurement result, and FIG. FIG.

図9Aに示したように、本実施形態では、二組のヒータ12と薄膜配線13は、何れも同一形状であって、同一条件において同一の加熱性能を有した対称構造をなすことで、配管内のヒータ12による熱分布を対称となるように構成し、更に、薄膜配線13は流路を流れる流体の流れに対して、交差するように配管内から外部に取り出されている。   As shown in FIG. 9A, in this embodiment, the two sets of heaters 12 and the thin film wirings 13 are both in the same shape and have a symmetrical structure having the same heating performance under the same conditions. The heat distribution by the heater 12 is configured to be symmetrical, and the thin film wiring 13 is taken out from the pipe so as to intersect the flow of the fluid flowing through the flow path.

これにより、図9Bに示したように、ヒータ上での熱分布が対称となり、その結果、図9Cに示したように、配管内を流れる流体の向きによらずに、流量に対するセンサ出力特性が同じになり、配管内を流れる流体の往復流を正確に計測できる。   As a result, the heat distribution on the heater is symmetric as shown in FIG. 9B. As a result, the sensor output characteristics with respect to the flow rate are not dependent on the direction of the fluid flowing in the pipe, as shown in FIG. 9C. This makes it possible to accurately measure the reciprocating flow of the fluid flowing in the pipe.

次に、本実施の形態の埋め込み型小型流量センサを実験動物であるラットに埋め込んだときの実装の様子を図10A−10Bに示す。
図10Aにおいて、本発明の埋め込み型小型流量センサをラットの気道内に埋め込んだ後の様子を示している。
Next, FIG. 10A-10B shows a state of mounting when the implantable small flow sensor of the present embodiment is implanted in a rat, which is an experimental animal.
FIG. 10A shows a state after the implantable small flow sensor of the present invention is implanted in the rat airway.

図10Bにおいて、埋め込み型小型流量センサを気道内に埋め込んだ後に、ワイヤー状電気配線4は皮膚下でラットの頭部背面まで引き回され、その後、ラットの背の部分にて外界に引き出されている様子を示している。   In FIG. 10B, after the implantable small flow sensor is implanted in the airway, the wire-like electrical wiring 4 is drawn to the back of the rat's head under the skin, and then pulled out to the outside at the back of the rat. It shows how it is.

本実施の形態の小型流量センサをラットの気道に埋め込んだ後、流量センサで、直接、ラット活動時の気道での呼気吸気特性を評価したときの結果を図11に示す。この結果は、本発明の埋め込み型小型流量センサ3で実際にラット活動時での気道での呼気吸気が定量的に評価できることを示している。   FIG. 11 shows the results when the exhalation inhalation characteristics in the airway during rat activity were directly evaluated with the flow sensor after the small flow sensor of the present embodiment was embedded in the rat airway. This result shows that the expiratory inspiration in the airway during the rat activity can be quantitatively evaluated by the implantable small flow sensor 3 of the present invention.

上記の図1から図7にて記載した事項は、本流量センサの一例で、その具体的な仕様はいずれも使用目的に応じて変更することが望ましい。また、本センサで対象とする流体は主に気体であり、気体であればどのような種類でも適用できる。なお、血液や尿などの液体や固体流動物の場合にも適用可能である。   The matters described in FIG. 1 to FIG. 7 are examples of the present flow sensor, and it is desirable to change the specific specifications according to the purpose of use. In addition, the target fluid of the present sensor is mainly gas, and any type can be applied as long as it is gas. Note that the present invention can also be applied to liquids such as blood and urine and solid fluids.

このように本実施の形態では、フィルム基板11上に形成した二組のヒータ12と薄膜配線13は、何れも同一形状で、かつ、薄膜配線13は流路21を流れる流体の流れに対して、垂直に配管内から外部に取り出されており、流れの向きが反転した場合でも、二組のヒータ12と薄膜配線13とが同一条件で反転した状態になっている。これにより、配管内の流体の流れの向きに寄らずに、流体流量に対するセンサ出力特性を同じになった。   As described above, in this embodiment, the two sets of heaters 12 and the thin film wirings 13 formed on the film substrate 11 have the same shape, and the thin film wirings 13 correspond to the flow of fluid flowing through the flow path 21. The two heaters 12 and the thin film wiring 13 are reversed under the same conditions even when the flow direction is reversed and the flow is reversed. As a result, the sensor output characteristics with respect to the fluid flow rate become the same without depending on the direction of the fluid flow in the pipe.

また、フィルム基板11に設けた薄膜配線13の端部には異方性導電フィルム15を用いてワイヤー状電気配線4が接続されている。これにより、埋め込み型小型流量センサ3をラット(小動物)の気道に埋め込んだ場合でも、皮膚下においてワイヤー状電気配線4を容易に背の部分に引き回すことができ、かつ、背部から取り出した後も、信頼性の高い配線取出しが可能となった。その結果、ワイヤー状電気配線4は、ラットの背部まで引き回された後に、ラットの背部からラットの外部に取り出されるよう構成されている。   In addition, a wire-like electrical wiring 4 is connected to an end portion of the thin film wiring 13 provided on the film substrate 11 using an anisotropic conductive film 15. Thereby, even when the implantable small flow sensor 3 is implanted in the airway of a rat (small animal), the wire-like electrical wiring 4 can be easily routed to the back part under the skin, and after being taken out from the back part. Highly reliable wiring can be taken out. As a result, the wire-like electric wiring 4 is configured to be taken out from the rat back to the outside of the rat after being routed to the rat back.

また、フィルム基板11は配管30の内壁に沿うように配置されており、これによりセンサ設置に伴う管内での流れの乱れを極限まで低減した。
(その他の実施形態)
上記実施形態では、ラットの外部から、ワイヤー状電気配線により、薄膜配線13を介してヒータ12に電力を供給していたが、ワイヤー状電気配線をアンテナとして使用し、薄膜配線13上にマイクロ波受信機を装着するようにしてもよい。
Further, the film substrate 11 is arranged along the inner wall of the pipe 30, thereby reducing the turbulence in the pipe accompanying the sensor installation to the limit.
(Other embodiments)
In the above embodiment, electric power is supplied from the outside of the rat to the heater 12 through the thin-film wiring 13 by the wire-shaped electric wiring. A receiver may be attached.

そして、外部からマイクロ波を供給し、アンテナとしてのワイヤー状電気配線でマイクロ波を受信して、マイクロ波受信機で電力に変換し、薄膜配線13を介してヒータ12に電力を供給するのである。この場合、マイクロ波受信機及びアンテナとして使用されるワイヤー状電気配線でもって、生体外部と信号の受け渡しが可能となっており、生体の手・足等の作動部位が接触しにくい構成になっている。   Then, a microwave is supplied from the outside, the microwave is received by a wire-like electric wiring as an antenna, converted into electric power by a microwave receiver, and electric power is supplied to the heater 12 through the thin film wiring 13. . In this case, it is possible to exchange signals with the outside of the living body by using wire-like electric wiring used as a microwave receiver and an antenna, and it is configured such that the operation parts such as the hand and foot of the living body are difficult to contact. Yes.

Claims (3)

ヒータを形成したフレキシブル基材を、媒体が流れる生体内の管状器官に沿うように配置された配管内に実装し、実装されたフレキシブル基材の前記ヒータから発生する熱量が前記媒体に伝達される状態を検出することで、生体内の管状器官内を流れる媒体の流量を測定する流量センサであって、
前記フレキシブル基材上に二つ以上形成されたヒータのそれぞれが、同一条件において同一の加熱性能を有した対称構造をなし、かつ、前記各ヒータに前記生体外部から電力を供給する線状部材が、同一条件において同一の加熱性能を有する対称構造をなすことで、前記配管内のヒータ及び線状部材による熱分布が対称となるように構成し、
前記複数の線状部材は、前記管状器官内から前記生体外部へ交差するように突出していることを特徴とする生体埋め込み型流量センサ。
The flexible base material on which the heater is formed is mounted in a pipe arranged along a tubular organ in the living body through which the medium flows, and heat generated from the heater of the mounted flexible base material is transmitted to the medium. A flow rate sensor that measures a flow rate of a medium flowing in a tubular organ in a living body by detecting a state,
Each of the two or more heaters formed on the flexible substrate has a symmetrical structure having the same heating performance under the same conditions, and a linear member that supplies power to the heaters from outside the living body. By configuring a symmetrical structure having the same heating performance under the same conditions, the heat distribution by the heater and the linear member in the pipe is configured to be symmetric,
The living body implantable flow sensor, wherein the plurality of linear members protrude from the tubular organ so as to intersect the outside of the living body.
請求項1に記載の生体埋め込み型流量センサにおいて、
前記線状部材のうち生体外部へ突出した部分は、前記生体の作動部位が接触しにくい位置にあることを特徴とする生体埋め込み型流量センサ。
The biological implantable flow sensor according to claim 1,
The living body implantable flow rate sensor is characterized in that a portion of the linear member that protrudes outside the living body is located at a position where the working part of the living body is difficult to contact.
請求項2に記載の生体埋め込み型流量センサにおいて、
前記生体埋め込み形流量センサが設置される位置が、動物の気管であり、
前記線状部材に接続された電気配線部材が、前記動物の背部から動物の外部に取り出されることを特徴とする生体埋め込み型流量センサ。
The biological implantable flow sensor according to claim 2,
The position where the living body implantable flow sensor is installed is an animal trachea,
An in-vivo implantable flow sensor, wherein an electrical wiring member connected to the linear member is taken out from the back of the animal to the outside of the animal.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8389862B2 (en) 2008-10-07 2013-03-05 Mc10, Inc. Extremely stretchable electronics
US9123614B2 (en) 2008-10-07 2015-09-01 Mc10, Inc. Methods and applications of non-planar imaging arrays
US8097926B2 (en) 2008-10-07 2012-01-17 Mc10, Inc. Systems, methods, and devices having stretchable integrated circuitry for sensing and delivering therapy
US9082025B2 (en) 2012-10-09 2015-07-14 Mc10, Inc. Conformal electronics integrated with apparel
US9706647B2 (en) 2013-05-14 2017-07-11 Mc10, Inc. Conformal electronics including nested serpentine interconnects
KR102365120B1 (en) 2013-11-22 2022-02-18 메디데이타 솔루션즈, 인코포레이티드 Conformal sensor systems for sensing and analysis of cardiac activity
KR20160106582A (en) * 2014-01-03 2016-09-12 엠씨10, 인크 Catheter or guidewire device including flow sensing and use thereof
USD781270S1 (en) 2014-10-15 2017-03-14 Mc10, Inc. Electronic device having antenna
US10477354B2 (en) 2015-02-20 2019-11-12 Mc10, Inc. Automated detection and configuration of wearable devices based on on-body status, location, and/or orientation
WO2017122090A1 (en) * 2016-01-13 2017-07-20 Analog Devices Global Air flow sensor for fan cooled systems
EP3420732B8 (en) 2016-02-22 2020-12-30 Medidata Solutions, Inc. System, devices, and method for on-body data and power transmission
CN108781313B (en) 2016-02-22 2022-04-08 美谛达解决方案公司 System, apparatus and method for a coupled hub and sensor node to obtain sensor information on-body
CN109310340A (en) 2016-04-19 2019-02-05 Mc10股份有限公司 For measuring the method and system of sweat
US10447347B2 (en) 2016-08-12 2019-10-15 Mc10, Inc. Wireless charger and high speed data off-loader
JP6856194B2 (en) * 2016-10-28 2021-04-07 国立大学法人東海国立大学機構 Medical flow measuring device and its manufacturing method
JP7084576B2 (en) * 2018-05-01 2022-06-15 国立大学法人東海国立大学機構 Flow measuring device

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4125093A (en) * 1974-09-30 1978-11-14 Chrysler Corporation Solid state fluid flow sensor
US4399697A (en) * 1980-03-26 1983-08-23 Nippon Soken, Inc. Gas flow measuring apparatus
US5676132A (en) * 1995-12-05 1997-10-14 Pulmonary Interface, Inc. Pulmonary interface system
JP3696682B2 (en) * 1996-02-09 2005-09-21 テルモ株式会社 Sensor probe for flow velocity measurement
JP4182228B2 (en) * 2005-11-04 2008-11-19 国立大学法人名古屋大学 Flexible flow sensor
US7744542B2 (en) * 2006-04-20 2010-06-29 Cardiac Pacemakers, Inc. Implanted air passage sensors
JP5149018B2 (en) * 2008-01-11 2013-02-20 国立大学法人名古屋大学 Flow sensor
US8985114B2 (en) * 2010-11-12 2015-03-24 Charles Harrison Method and apparatus for portable fluid delivery for animals

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